密码学【java】初探究加密方式之非对称加密-Toy模板网

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非对称加密

非对称加密算法又称现代加密算法。非对称加密是计算机通信安全的基石，保证了加密数据不会被破解。
与对称加密算法不同，非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥(publickey) 和私有密(privatekey)
公开密钥和私有密钥是一对。如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密。如果用私有密钥对数据进行加密，只有用对应的公开密钥才能解密。
因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。

特点
- 加密和解密使用不同的密钥
- 如果使用私钥加密, 只能使用公钥解密
- 如果使用公钥加密, 只能使用私钥解密
- 处理数据的速度较慢, 因为安全级别高

示例
1. 首先生成密钥对, 公钥为(5,14), 私钥为(11,14)，A希望将原文2发送给B
2. A使用公钥加密数据. 2的5次方mod 14 = 4 , 将密文4发送给B
3. B使用私钥解密数据. 4的11次方mod14 = 2, 得到原文2

1 常见算法

RSA
- RSA是1977年由罗纳德·李维斯特（Ron Rivest）、阿迪·萨莫尔（Adi Shamir）和伦纳德·阿德曼（Leonard Adleman）一起提出的。
- RSA公开密钥密码体制是一种使用不同的加密密钥与解密密钥。
- RSA能够抵抗到目前为止已知的绝大多数密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。只有短的RSA钥匙才可能被强力方式解破。世界上还没有任何可靠的攻击RSA算法的方式。只要其钥匙的长度足够长，用RSA加密的信息实际上是不能被解破的。
- RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大质数相乘十分容易，但是想要对其乘积进行因式分解却极其困难，因此可以将乘积公开作为加密密钥。
- RSA在线工具
- 希望深入学习RSA的小伙伴，请移步公开密钥加密之RSA算法
ECC（Elliptic curve cryptography）
- 椭圆曲线密码学（ECC），一种建立公开密钥加密的演算法，基于椭圆曲线数学。椭圆曲线在密码学中的使用是在1985年由Neal Koblitz和Victor Miller分别独立提出的。
- 希望深入学习ECC的小伙伴，请移步ECC椭圆曲线加解密原理详解(配图)

2 生成公钥和私钥

    public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException {
        // 加密算法
        String algorithm = "RSA";
        //  创建密钥对生成器对象
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);
        // 生成密钥对
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        // 生成私钥
        PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
        // 生成公钥
        PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
        // 获取私钥字节数组
        byte[] privateKeyEncoded = privateKey.getEncoded();
        // 获取公钥字节数组
        byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();
        // 对公私钥进行base64编码
        String privateKeyString = Base64.encodeBase64String(privateKeyEncoded);
        String publicKeyString = Base64.encodeBase64String(publicKeyEncoded);
        // 打印私钥
        System.out.println("私钥:"+privateKeyString);
        // 打印公钥
        System.out.println("共钥:"+publicKeyString);
    }

私钥:MIIG/QIBADANBgkqhkiG9w0BAQEFAASCBucwggbjAgEAAoIBgQC6hpkMQs+D0XefTNESooz3Cauz8Tpl7NaHKm3X8ZrqLO/QfCqW2ZoozlkXFi7nzNwPQ
BfEv1VgXhiT5VOy+r24Lcc3oakNtSWXYuBoXraJXdpE7EqVKdPSZbxzT3OhSQ0QqX3F2Y19euz5RB8jD9GBEJ+VHTnBKIpugX4irCWj1TYKbB8XGbH85wcWG
4uH2kn41DqM8IPw9TTDpMoyW7BEHShulOS+7G1Nd7rrtaf0tCyk9bVdms9Ou+JzKWRfCQFxuEH1sWvijW4R83OQYfpGa2kvJgiUQP0O9TQCmp0+ImWiThWfY
biqrFyJVynIDko8mFXXWolmdfq1myuNg126sUe1wPmZhtIC595hp965K8bwTiSg8weuSXOkAXJ7Cr4OLCOimSrB4qdLueqjAhMcQWuHXbGZCqnrbtOFmzxxR
NH8TWjhyPvtXldf7bK0CQaSuE2kfAi7YKwBwzI8iAbVomYh7EdVvMHq/YlwEPg8DqcuAJODaqcnZsy7omKuZWcCAwEAAQKCAYAIQ96URIGdfbKnRGgfQ0Srz
anmF1JXId9/rcmgP/x1U/hsbJQWix3hoQMhmsIJU3KM2nIzLadC1eiQ5SCIVcQCXUTumiM7kENSKfd3qHq+K4J4e1/yrB/OuuNW2LZu9yW1D02bbsBuRvwpL
3ORwimuZmYr3Vepz3oS23oTXz1rvQ7f91qJU4InirUtrZrJMksE06KkjCPMkZD8+lhbUuTEn+YiwEZCj4doX13RBAOlPDaeOKUIuMtm2bx3DeZ8r5Flbhas9
n3/OELgIgJ6omKaipgHdWTVkaowbCZcJsUUoKyjQNHRZ4ae/0ie1I4IvhS9hml+8gcuPOu+kVpNyYvmUZZQoPFv9QaVyL16OSgGR80/7k4/JB3a7SldbEKqY
Gasij3B8Agq0oXOY2oV5srs/wsum+HxzdKEFhAd+7YIYtxx82LzNes8NUg32NxaNMvoO2OqmSDqZo1Mu5lQBYWo/pPKJPxoT2oq2+9hAVgimvaUm1PoUEu2W
/H6lOOKdQECgcEA0QtPgKtJc0LCxLInXBl286tspYPSbToGuBJe7/IVQjWlCEs0quX8xUcFeRAUSIDPGtKHfgVQoLd6XuizXvPYwHaJdgc/mqPyoyMhYwPQy
Kr3njwDNLbI0jZTZVnz1iGEujYFbOCAsZraJLqgSeofxQHJNwy1v+DJj+6pn1k4rLjNrrRPgn8JdpCV9RttZ0xIZWpxYUO6z+wYvWLd8MXaGBT0UQcMK0Wh2
hCT5XVOJ0RjucQ0dsq+xnQz6eSnpmDRAoHBAORsaKrfFfE1U9Foj39Qg5gcJUKh1UYwl6dt3utrETSKnP5g7t0XlqYcB4nTs7V+MA8ooAlUroXpWIm62v2PX
ugda4qLtEZAF4uNcUX9a8kGfj4Cxqw0DCrLhN2KkoLKGdyyNoZQGqZCGqXU70G+UBkDrGTZwBt55GurhISZHBb7BJWL+Q4cPnEdwxSwDJxT1E0aCN6na+8HS
laiFp8UL7Ewox5nHzHizsOEYx9ZRZb8Owd2J7hUzEm0ga0rNRgwtwKBwQDFgco755oeLJWZAjnt6qFY2D5uo33NdWWjxLeuPSuYwtaKX4QDdAi+27twBqEjX
5BN51vc1Wi4cKJNyc6vh/Ti4xw9R9vwX7aALFD/HDvHXMFX35un0osrEej5eWPIjSK6TRATLoppQ8WXrjyDmZEqseVK/dc600edlgDtbX7+shyjU/lLcnuea
j1EuAVF8+zy5P76xuNaT9eQGDlZo5XL6wBrDh2RRNkHD2KtCYgt0Y/nlFl9Y1Gcb24dLsy3hgECgcBUX/cJpv3j617aq1TWIld5iGv7AOxW0PwzzFHbg+EHF
2yGSifxYxUypofiUWDAWaxG7SqwR6dvr5IUzgC2SI82Dif7NT+R83q/AbAlukZmKw/WuA/K7C7SX/rkGpuj1CNZcjrRwiUV5LUTLGR0VGgh1UmItyZO/+dwH
hsFH8lQc8httRZ6L9Sg0+2LZrxBwnVZRZShKhakZH0BIz5X5Iz5Vo3qXQ0Y0D6v2ecDXWZnLyRezTY+0JPlZdfAr4UdOmECgcAYsuA5t2keukkeAR7qDZYsy
stVIEsXujmevjPTlMHJxRySa5jpWzTeCqQS4zKpnu0ayogTCyUSYgGTYsYPYigAhr67dcQHzy95d9wF0bv0B9BYZmTYoHC4ThrElX1DPkYFU1JJjPS+BhNID
GTK+vH4wZFFWHm8Fyhmgvexo4A6/yxAZWykDwBKG9NUDN/AoqUfJFcmRCD616Bt4FoNlzk7mfLg92W61pywvHQ+uxCuFWqwFVfUUInLJ6pfPvdm7u0=

共钥:MIIBojANBgkqhkiG9w0BAQEFAAOCAY8AMIIBigKCAYEAuoaZDELPg9F3n0zREqKM9wmrs/E6ZezWhypt1/Ga6izv0HwqltmaKM5ZFxYu58zcD0AXxL9VY
F4Yk+VTsvq9uC3HN6GpDbUll2LgaF62iV3aROxKlSnT0mW8c09zoUkNEKl9xdmNfXrs+UQfIw/RgRCflR05wSiKboF+Iqwlo9U2CmwfFxmx/OcHFhuLh9pJ+
NQ6jPCD8PU0w6TKMluwRB0obpTkvuxtTXe667Wn9LQspPW1XZrPTrvicylkXwkBcbhB9bFr4o1uEfNzkGH6RmtpLyYIlED9DvU0ApqdPiJlok4Vn2G4qqxci
VcpyA5KPJhV11qJZnX6tZsrjYNdurFHtcD5mYbSAufeYafeuSvG8E4koPMHrklzpAFyewq+DiwjopkqweKnS7nqowITHEFrh12xmQqp627ThZs8cUTR/E1o4
cj77V5XX+2ytAkGkrhNpHwIu2CsAcMyPIgG1aJmIexHVbzB6v2JcBD4PA6nLgCTg2qnJ2bMu6JirmVnAgMBAAE=

3 私钥加密

public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, NoSuchPaddingException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
        String input = "国泰民安";
        // 加密算法
        String algorithm = "RSA";
        //  创建密钥对生成器对象
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);
        // 生成密钥对
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        // 生成私钥
        PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
        // 生成公钥
        PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();

        // 创建加密对象
        // 参数表示加密算法
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);
        // 初始化加密
        // 第一个参数:加密的模式
        // 第二个参数：使用私钥进行加密
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,privateKey);
        // 私钥加密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
        System.out.println(Base64.encodeBase64String(bytes));
    }

gjfiD1F+DOFk2IHqrTWSKe+8qGLCihNuu+RrZY6CKji0H56RUhSL3P5fW2X3FXpCrY+CMsGg16HfmR3boeX1qY4e0NJU0JtE1Ch4uERigH1eM/MUCUaFaVI4
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F561oXgtHWD44+SzZHoOGY3hDSU3oKMT

4 私钥加密公钥解密

私钥加密，只能公钥解密

public static void main(String[] args) throws NoSuchAlgorithmException, InvalidKeyException, NoSuchPaddingException, IllegalBlockSizeException, BadPaddingException {
        String input = "国泰民安";
        System.out.println(input);
        // 加密算法
        String algorithm = "RSA";
        //  创建密钥对生成器对象
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);
        // 生成密钥对
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        // 生成私钥
        PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
        // 生成公钥
        PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();

        // 创建加密对象
        // 参数表示加密算法
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);
        // 初始化加密
        // 第一个参数:加密的模式
        // 第二个参数：使用私钥进行加密
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,privateKey);
        // 私钥加密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
        System.out.println(Base64.encodeBase64String(bytes));

        // 私钥进行解密
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,publicKey);
        // 对密文进行解密，不需要使用base64，因为原文不会乱码
        byte[] bytes1 = cipher.doFinal(bytes);
        System.out.println(new String(bytes1));
    }

国泰民安
VfUXV9TiXxeRx5/gq13GtsNm76BSw/63e1SaOI1szLnb9DjE4hfCmim0qqqOQYSp5fyE45694Dlj37p7/+eu7gMAuJN5PYZfN7bYQZ+ZIJeXCiEO/IWXFzQW
yIgoyqUjZ1i6ja0yfHhY0FXkBBJCr2SNwBiMW1lEQav0UE/i05Dj3+OOKDTKNbIgMLcsZfM3WPSNJWJq7bthnjO0KTPSdG5Dl+/eJictaSGTk0it5+D1l4G6
N8CfTfshG9c3vWbfmqgmU8GaA5Iqo1eHINPpS9SZOoAAokGEzmDkx2VJQiQO3GELIdcCGvyWvZIm7PlAV8EYzxTQiHRSuwiCJyGGABC+I9iEFwDaZwYCTAh7
roSwtpt1ax/KgQfbhv8vNE+/3ADnnvFgzDX6LfWuSl0vhclh9kl0ECnIICJd6dxKwCAZkctiwdOoPrbGnK4lWXbeTbdkxBpdw9LcnWMkCuCVy53k47OjB3S+
t+Uktr2snJAjJDYG4ZZmrQpEIj17zLKZ
国泰民安

5 公钥和私钥的保存和读取

5.1 保存公钥和私钥

public static void main(String[] args) throws Exception {
        String input = "硅谷";
        // 加密算法
        String algorithm = "RSA";

        //生成密钥对并保存在本地文件中
        generateKeyToFile(algorithm, "a.pub", "a.pri");


    }

    /**
     * 生成密钥对并保存在本地文件中
     *
     * @param algorithm : 算法
     * @param pubPath   : 公钥保存路径
     * @param priPath   : 私钥保存路径
     * @throws Exception
     */
    private static void generateKeyToFile(String algorithm, String pubPath, String priPath) throws Exception {
        // 获取密钥对生成器
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);
        // 获取密钥对
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        // 获取公钥
        PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
        // 获取私钥
        PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
        // 获取byte数组
        byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();
        byte[] privateKeyEncoded = privateKey.getEncoded();
        // 进行Base64编码
        String publicKeyString = Base64.encodeBase64String(publicKeyEncoded);
        String privateKeyString = Base64.encodeBase64String(privateKeyEncoded);
        // 保存文件
        FileUtils.writeStringToFile(new File(pubPath), publicKeyString, Charset.forName("UTF-8"));
        FileUtils.writeStringToFile(new File(priPath), privateKeyString, Charset.forName("UTF-8"));

    }

5.2 读取公钥和私钥

public static void main(String[] args) throws Exception {
        String input = "明德新民，止于至善";
        // 加密算法
        String algorithm = "RSA";

        //生成密钥对并保存在本地文件中
        generateKeyToFile(algorithm, "a.pub", "a.pri");
        //读取私钥
        PrivateKey privateKey = getPrivateKey("a.pri", algorithm);
        //读取公钥
        PublicKey publicKey = getPublicKey("a.pub", algorithm);

        String s = encryptRSA(algorithm, privateKey, input);
        String res = decryptRSA(algorithm, publicKey, s);
        System.out.println(res);
    }

    /**
     * 解密数据
     *
     * @param algorithm      : 算法
     * @param encrypted      : 密文
     * @param key            : 密钥
     * @return : 原文
     */
    public static String decryptRSA(String algorithm,Key key,String encrypted) throws Exception{
        // 创建加密对象
        // 参数表示加密算法
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);
        // 私钥进行解密
        cipher.init(Cipher.DECRYPT_MODE,key);
        // 由于密文进行了Base64编码, 在这里需要进行解码
        byte[] decode = Base64.decodeBase64(encrypted);
        // 对密文进行解密，不需要使用base64，因为原文不会乱码
        byte[] bytes1 = cipher.doFinal(decode);
        return new String(bytes1);

    }
    /**
     * 使用密钥加密数据
     *
     * @param algorithm      : 算法
     * @param input          : 原文
     * @param key            : 密钥
     * @return : 密文
     */
    public static String encryptRSA(String algorithm,Key key,String input) throws Exception{
        // 创建加密对象
        // 参数表示加密算法
        Cipher cipher = Cipher.getInstance(algorithm);
        // 初始化加密
        // 第一个参数:加密的模式
        // 第二个参数：使用私钥进行加密
        cipher.init(Cipher.ENCRYPT_MODE,key);
        // 私钥加密
        byte[] bytes = cipher.doFinal(input.getBytes());
        // 对密文进行Base64编码
        return Base64.encodeBase64String(bytes);
    }

    public static PublicKey getPublicKey(String pulickPath,String algorithm) throws Exception{
        // 将文件内容转为字符串
        String publicKeyString = FileUtils.readFileToString(new File(pulickPath), Charset.defaultCharset());
        // 获取密钥工厂
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(algorithm);
        // 构建密钥规范 进行Base64解码
        X509EncodedKeySpec spec = new X509EncodedKeySpec(Base64.decodeBase64(publicKeyString));
        // 生成公钥
        return keyFactory.generatePublic(spec);
    }

    /**
     * 生成密钥对并保存在本地文件中
     *
     * @param algorithm : 算法
     * @param pubPath   : 公钥保存路径
     * @param priPath   : 私钥保存路径
     * @throws Exception
     */
    private static void generateKeyToFile(String algorithm, String pubPath, String priPath) throws Exception {
        // 获取密钥对生成器
        KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(algorithm);
        // 获取密钥对
        KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
        // 获取公钥
        PublicKey publicKey = keyPair.getPublic();
        // 获取私钥
        PrivateKey privateKey = keyPair.getPrivate();
        // 获取byte数组
        byte[] publicKeyEncoded = publicKey.getEncoded();
        byte[] privateKeyEncoded = privateKey.getEncoded();
        // 进行Base64编码
        String publicKeyString = Base64.encodeBase64String(publicKeyEncoded);
        String privateKeyString = Base64.encodeBase64String(privateKeyEncoded);
        // 保存文件
        FileUtils.writeStringToFile(new File(pubPath), publicKeyString, Charset.forName("UTF-8"));
        FileUtils.writeStringToFile(new File(priPath), privateKeyString, Charset.forName("UTF-8"));

    }

    public static PrivateKey getPrivateKey(String priPath,String algorithm) throws Exception{
        // 将文件内容转为字符串
        String privateKeyString = FileUtils.readFileToString(new File(priPath), Charset.defaultCharset());
        // 获取密钥工厂
        KeyFactory keyFactory = KeyFactory.getInstance(algorithm);
        // 构建密钥规范 进行Base64解码
        PKCS8EncodedKeySpec spec = new PKCS8EncodedKeySpec(Base64.decodeBase64(privateKeyString));
        // 生成私钥
        return keyFactory.generatePrivate(spec);
    }